11 Изобретение относитс к электроиз мерительной технике и предназначено дл использовани при испытани х диэлектрических и полупроводниковых ма териалов на электростатическую зар д ку. Известно устройство дл измерени электростатических зар дов материало содержащее заземленное основание дл креплени исследуемого образца, неподвижный емкостной зонд, выход которого подключен к входу узла регист рации, электромеханический модул тор выполненный в виде диска с отверсти ми, насаженного на ось синхронного двигател и расположенного между емкостным зондом и исследуемым образцом С1 Недостатки устройства заключаютс в невысокой достоверности результатов измерени , обусловленной чувствительностью к воздействию внешних факторов, а также в низкой эксгшуата ционной надежности, предопределенной наличием механических, в частности вращающихс узлов. Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство дл измерени электростатических зар дов материало Ьодержащее заземленное основание дл креплени исследуемого образца, емкостной зонд с измерительным электродом в виде тонкой консольной балки , усилитель низкой частоты, потенциальный входной вывод которого подключен к измерительному электроду, два синхронных детектора, сигнальные входы которых соединены с выходом усилител низкой частоты, а выходы с входами блока вычитани , модул тор механический выход которого св зан с .измерительным электродом, а один из электрических выходов подключен к управл ющим входам синхронных детек торов , изолированный провод щий элект род, установленный на заземленном основании под емкостным зондом, усилитель посто нного тока, вход которого соединен с выходом одного из синхронных детекторов, блок сравнени входы которого подключены к выходам блока вычитани и усилител посто нного тока, источник опорного напр жени , потенциальный вывод которого соединен сизолированнь1м провод щим электродом, а управл ющие входы - с выходом блока сравнени и с другим Э41ектрическим выходом модул тора. 82 индикатор, включенный между изолированным провод щим электродом и шиной нулевого потенциах1а С 21. Недостатки известного устройства заключаютс в невысокой эксплуатационной надежности вследствие значительной конструктивной сложности и весьма узком диапазоне измерени изза невозможности функционировани в области высоких потенциалов, вызывающих пробои между исследуемым образцом и емкостным зондом. Цель изобретени - повышение надежности в работе и расширение диапазона измерени . Поставленна цель достигаетс тем, что в устройстве дл измерени электростатических зар дов материалов , содержащем заземленное основание дл креплени исследуемого образца , емкостной зонд с измерительным электродом, усилитель, потенциальный входной вывод которого подключен к измерительному электроду, синхронный детектор, сигнальный вход которого соединен с выходом усилител , модул тор , один из выходов которого подключен к управл ющему входу синхронного детектора, в емкостной зонд введены заземленный электрод с отверстием , пластина из сегнетоэлектрика и два модулирующих электрода, а модул тор выполнен в виде генератора переменного напр жени с проти- вофазными вьгходами, причем пластина из сегнетозлектрика установлена в отверстии заземленного электрода между измерительным электродом и исследуемым образцом, а модулирующие электроды нанесены на боковые грани пластины и соединены с вькодами модул тора. На чертеже представлена функциональна схема предложенного устройства дл И1мерени электростатических зар дов материалов, дополненна трактом регистрации эталонной величины зар да л исключени мультипликативной погрешности измерени . Устройство содержит заземленное снование 1 дл креплени исследуеого образца 2, емкостной зонд 3 с змерительным электродом 4, заземленым электродом 5, пластиной 6 из егнетоэлектрика и модулирующими лектродами 7 и 8, усилитель 9, синхонный детектор 10,модул тор 11, выолненный в виде генератора переменого напр жени с противофазными выходами. Кроме того, на схеме показаны дополнительно используемые источ ник 12 опорного напр жени , эталоиньй образец 13, емкостной зонд 14 с измерительным электродом 15, заземленным электродом 16, пластиной 17 из сегнетоэлектрика и модулирующими электродами 18 и 19, усилитель 20, синхронный детектор 21, аналоговый делитель 22. Пластина 6 из сегнетоэлектрика установлена в отверстии заземленного электрода 5 между измерительным элект родом 4 и исследуемым образцом 2, модулирующие электроды 7 и 8 нанесены на боковые грани пластины 6. Аналогичным образом сопр жены между собой составные элементы емкостного зонда 14. Модулирующие электроды 7, 8 и 18, 19 соединены с противофазными выходами модул тора 11, потенциальные входные выводы усилителей 9 и 20 подключены соответственно к измерительным электродам 4 и 15, сигнальные входы синхронных детекторов 10 и 21 соединены соответственно с выходами усилителей 9 и 20, управл ющие входы с одним из выходов модул тора 11, а выходы - с входами аналогового делител 22, выход источника 12 опорного напр жени подключен к эталонному образцу 13. Устройство работает следующим образом . В исходном состо нии при отсутствии потенциала на исследуемом образце 2 сигнал 1 на измерительном электроде 4 емкостного зонда 3 отсутствует, ,а сигнал (J на измерительном электроде 15 емкостного зонда 14 пропорционален величине напр жени источника 12 опорного напр жени . Так как напр жение на входе усилител 9 равно нулю, то напр жение на выходе синх .ройного детектора 10 и первом входе аналогового делител 22 также равно нулю. Напр жение на втором входе аналогового делител 22 соответствуе величине измер емого емкостным зондом 14 эталонного напр жени . Поскольку выходное напр жение аналогового дели тел 22 пропорционально отношению напр жений U и ,, оно также находитс на нулевом уровне. Если под действием каких-либо внешних факторов (например, в резуль тате воздействи потока зар женных частиц) исследуемы образец 2 приобретает электростатический потенциа то на измерительном электроде 4 по вл етс переменное напр жение с частотой , равной частоте модул тора 11, вследствие периодического изменени диэлектрической проницаемости пластины 6 и периодического перезар да емкости, образованной поверхност м исследуемого образца 2 и измерительного электрода 4. Переменное напр жение на измерительном электроде 4 оказываетс пропорциональным величине электростатического потенциала исследуемого образца 2. В этом случае усиленное напр жение на выходах усилител 9, синхронного детектора 10 и на первом входе аналогового делител 22 также пропорционально величине измер емого электростатического потенциала, а, следовательно, выходное напр жение аналогового делител 22 вл етс мерой измер емого зар да. Под вли нием температурных и временных факторов диэлектрическа проницаемость пластин 6 и 17 может измен тьс , что приводит к изменению напр хсений на измерительных электродах 4 и 15 емкостных зондов 3 и 14. Однако вследствие идентичности зондов 3 и 14 и, в частности, пластин 6 и 17 диэлектрическа проницаемость последних измен етс в одинаковой степени. В такой же пропорции измен ютс напр жени на входах аналогового делител 22, а результирующий выходной сигнал остае гс посто нным (при посто нном зар де исследуемого образца 2). Благодар противофазности напр жений , подводимых от модул тора 11 к модулирующим электродам 7, 8 и 18, 19 пластин 6 и 17, электростатические наводки на измерительные электроды 4 и 15 вл ютс минимальными и могут быть снижены практически до нул перемещением измерительных электродов 4 и 15 в небольших пределах относительно пластин 6 и 17. Повьпление эксплуатационной надежности предлагаемого устройства достигнуто за счет полного исключени из его конструкции.движущихс и вибрирующих узлов и деталей. Предлагаемое устройство характеризуетс , кроме того, широким диапазоном измереН11 (расширенным в область высоких значений электростатических зар дов),11 The invention relates to electrical measuring equipment and is intended for use in testing dielectric and semiconductor materials for electrostatic charging. A device for measuring electrostatic charges of a material containing a grounded base for attaching a test sample, a fixed capacitive probe, the output of which is connected to the input of a recording unit, is known, an electromechanical modulator made in the form of a disk with openings, mounted on the axis of a synchronous motor and located between the capacitive probe and test specimen C1 Disadvantages of the device are the low reliability of the measurement results due to sensitivity to exposure There are also other factors, as well as low operational reliability, predetermined by the presence of mechanical, in particular, rotating units. Closest to the present invention is a device for measuring electrostatic charges of a material, a grounded base for attaching a test sample, a capacitive probe with a measuring electrode in the form of a thin cantilever beam, a low-frequency amplifier whose potential input terminal is connected to a measuring electrode, two synchronous detectors, signal the inputs of which are connected to the output of the low-frequency amplifier, and the outputs with the inputs of the subtraction unit, the modulator whose mechanical output is connected with one of the electrical outputs is connected to the control inputs of synchronous detectors, an insulated conducting electrode installed on a grounded base under a capacitive probe, a DC amplifier whose input is connected to the output of one of the synchronous detectors, the comparison unit whose inputs connected to the outputs of the subtractor and the DC amplifier, the reference voltage source, the potential output of which is connected to the insulated conductive electrode, and the control inputs to the output comparison unit and with another electric output of the modulator. 82, an indicator connected between an insulated conductive electrode and a zero potential bus. 21. The disadvantages of the prior art device are low operational reliability due to considerable structural complexity and a very narrow measuring range due to the inability to function in the high potential region causing a breakdown between the test sample and the capacitive probe. The purpose of the invention is to increase reliability in operation and to expand the range of measurement. The goal is achieved by the fact that in a device for measuring electrostatic charges of materials containing a grounded base for fastening a sample, a capacitive probe with a measuring electrode, an amplifier whose potential input terminal is connected to a measuring electrode, a synchronous detector whose signal input is connected to the output of an amplifier , a modulator, one of the outputs of which is connected to the control input of a synchronous detector, a grounded electrode with an aperture is inserted into the capacitive probe The magnet is made of a ferroelectric and two modulating electrodes, and the modulator is made in the form of an alternating voltage generator with phase-phased inlets, the plate of the ferroelectric is installed in the hole of the grounded electrode between the measuring electrode and the sample under study, and the modulating electrodes are deposited on the side faces of the plate and connected with modulator codes. The drawing shows a functional diagram of the proposed device for measuring electrostatic charges of materials, supplemented with a path for registering a reference value for eliminating the multiplicative measurement error. The device contains a grounded base 1 for fastening the test sample 2, a capacitive probe 3 with a measuring electrode 4, a grounded electrode 5, a ferroelectric plate 6 and modulating electrodes 7 and 8, an amplifier 9, a synchonic detector 10, a modulator 11, transformed as a variable generator voltage with phase outlets. In addition, the diagram shows additionally used reference voltage source 12, standard sample 13, capacitive probe 14 with measuring electrode 15, grounded electrode 16, ferroelectric plate 17 and modulating electrodes 18 and 19, amplifier 20, synchronous detector 21, analog divider 22. A ferroelectric plate 6 is installed in a hole of a grounded electrode 5 between the measuring electrode 4 and the test sample 2, the modulating electrodes 7 and 8 are applied on the side faces of the plate 6. Similarly, The components of capacitive probe 14 are interconnected. The modulating electrodes 7, 8 and 18, 19 are connected to the antiphase outputs of the modulator 11, the potential input terminals of amplifiers 9 and 20 are connected respectively to the measuring electrodes 4 and 15, the signal inputs of the synchronous detectors 10 and 21 are connected respectively with the outputs of amplifiers 9 and 20, the control inputs with one of the outputs of the modulator 11, and the outputs with the inputs of the analog divider 22, the output of the source 12 of the reference voltage is connected to the reference sample 13. The device works as follows by azom In the initial state, when there is no potential on test sample 2, signal 1 at measuring electrode 4 of capacitive probe 3 is absent, and no signal (J at measuring electrode 15 of capacitive probe 14 is proportional to the voltage of source 12 of reference voltage. Since the input voltage is the amplifier 9 is zero, the voltage at the output of the sync detector 10 and the first input of the analog divider 22 is also zero. The voltage at the second input of the analog divider 22 corresponds to the value of the reference capacitance probe 14 voltages. Since the output voltage of the analog divide of bodies 22 is proportional to the ratio of the voltages U and ,, it is also at zero level. If under the influence of any external factors (for example, as a result of the action of a stream of charged particles), the sample 2 acquires an electrostatic potential on the measuring electrode 4 appears a alternating voltage with a frequency equal to the frequency of the modulator 11, due to the periodic change in the dielectric constant of the plate 6 and the periodic recharge and capacitance and formed by the surfaces of sample 2 and measuring electrode 4. The alternating voltage at measuring electrode 4 is proportional to the electrostatic potential of sample 2. In this case, the increased voltage at the outputs of amplifier 9, synchronous detector 10 and at the first input of the analog divider 22 it is also proportional to the magnitude of the measured electrostatic potential, and, therefore, the output voltage of the analog divider 22 is a measure of the measured charge. Under the influence of temperature and time factors, the dielectric constant of plates 6 and 17 can vary, which leads to a change in the voltage of the measuring electrodes 4 and 15 of capacitive probes 3 and 14. However, due to the identity of probes 3 and 14 and, in particular, plates 6 and 17, the dielectric constant of the latter varies to the same extent. In the same proportion, the voltages at the inputs of the analog divider 22 vary, and the resulting output signal remains constant (with a constant charge of the sample under study 2). Due to the antiphase voltage applied from the modulator 11 to the modulating electrodes 7, 8 and 18, 19 plates 6 and 17, electrostatic pickups to the measuring electrodes 4 and 15 are minimal and can be reduced to almost zero by moving the measuring electrodes 4 and 15 in small limits with respect to the plates 6 and 17. The operational reliability of the proposed device is achieved due to the complete exclusion from its construction of moving and vibrating assemblies and parts. The proposed device is characterized, in addition, by a wide range of measuring H 11 (extended to high electrostatic charges),
5111231851112318
поскольку ка щый используемый емкост-и зонда при сколь угодно больших поной зонд имеет в своем составе охраш-тенциалах. В данном случае исключаетный электрод, геометрические размерыс возможность высоковольтного пробо которого позвол ют обеспечить равноме щу измерительным электродом зонда мерность электрического пол межпу 5и исследуемым образцом и выхода из поверхност ми исследуемого, образцастро измерительного усилител .since each used capacitance and probe for arbitrarily large pono probe has in its composition ohrash-ttsialah. In this case, an exclusion electrode, the geometrical dimensions of which the high-voltage breakdown allows, ensure that the electric field between the 5 and the sample under test is equally spaced with the probe electrode and the sample amplifier of the measuring amplifier emerges from the surfaces of the test sample.